ＳＭＡ瀝青混凝土配合比設計探討

謝榮波

摘要:本文主要介紹湖南省邵永高速公路工程瀝青路面SMA上面層配合比的設計過程,總結并概括了該項目在進行SMA瀝青混凝土配合比設計時所要注意的一些具體事項及經驗常識。

關鍵詞:SMA瀝青混凝土;技術要求;配合比設計;注意事項

湖南省邵永高速公路工程是二連浩特至廣州國家高速公路中的一段(簡稱:邵永高速公路),全長112.840km。該項目是國家重點工程,也是湖南省公路網“五縱七橫”中的重要部分,工程規模大、任務艱巨,質量要求高。為使邵永高速公路工程精選研試并鋪筑出最佳的瀝青混凝土路面,向社會提供優質服務,建設長壽命的高速公路,我們將該項目的瀝青混凝土面層按上、中、下三層的結構組合進行設計,其中中、下面層結構均采用改性瀝青,上面層根據其在路面結構中須具有抗車轍、抗裂、抗滑、泌水及耐久的性能,故選用SMA-16瀝青砼上面層的結構。本文將針對SMA-16瀝青砼上面層的結構特性,對SMA瀝青混合料的原材料技術要求、混合料配合比設計等相關內容進行重點介紹,以供業內同行共同討論學習。

1 SMA瀝青混合料設計技術要求

SMA是由瀝青、礦粉纖維及少量的細集料組成的瀝青瑪蹄脂填充間斷級配的粗集料碎石骨架間隙而組成的瀝青混合料。綜合SMA的特點,可以歸納為三多一少:粗集料多、礦粉多、瀝青結合料多、細集料少,同時摻入適量纖維,其使用性能將全面提高。SMA與普通的密級配瀝青混凝土(AC)相比具有以下特點:AC型混合料細集料比例大體占混合料的一半,從理論上分析AC型混合料中的瀝青砂漿已經把粗集料撐開,粗集料實際上是懸浮在瀝青砂漿中,彼此互相并未形成嵌擠,故交通荷載主要是由瀝青砂漿承受著,AC型抵抗荷載變形的能力很大程度上受到礦料級配、礦料間隙率(VMA)、空隙率(VV)及瀝青砂漿比例的影響。

2 SMA混合料各種組合材料的技術要求

SMA之所以有較高的高溫穩定性,是基于含量甚多的粗集料之間的嵌擠作用。集料嵌擠作用的好壞在很大程度上取決于集料石質的堅韌性(Tough-ness),集料的顆粒形狀和棱角性。可以說,粗集料的這些性質是SMA成敗與否的關鍵。細集料在SMA中只占很少的比列,往往不超過10%,然而細集料對SMA的性能影響也不小。在普通的瀝青混合料中,礦粉的數量一般不能超過瀝青用量的1.2倍,太多了不僅拌和困難,而且對混合料的性質也有影響。而SMA需要的填料數量遠遠超過此比例,一般達到1.8~2.0,這是由于纖維幫助礦粉瀝青團粒起到了分散作用的緣故。下面具體分析SMA混合料各種組合材料的技術要求。

2.1 石料。粗集料須選用緊硬、粗糙度高、有棱角的石料,不能使用石灰石,壓碎值≤25%,洛杉磯磨耗損失≥25%,視密度≤2.6t/m3,針片狀含量≤10%,磨光值≥42,軟石含量≤1%,其余各項指標應符合設計文件和《公路瀝青路面施工技術規范》(JTJ032-94)附錄C8的規定。石料我們選用砂巖,該石料石質堅硬,與改性瀝青粘附性可達到5級,各項指標均符合相關要求。石料在加工時我們選用干法聯合除塵設備,使得石料潔凈。經試驗表明,石料各項指標均能較好地滿足本項目要求,是理想的瀝青路面材料。

2.2 細集料。本項目采用石屑作為細集料,細集料須潔凈、干燥、無風化、并有適當的顆粒級配。石屑符合《公路瀝青路面施工技術規范》(JTJ032-94)附錄C9和C10的規定,且石屑用量不得超過細集料用量的50%。

2.3 礦粉。瀝青混合料我們采用由強基性石灰巖加工的礦粉作為填料,該礦粉干燥、潔凈,各項指標均較好地滿足附表中的技術要求。礦粉在瀝青混凝土中的作用是填料,起著瀝青和集料之間填充的作用,其質量要求應符合《公路瀝青路面施工技術規范》(JTJ032-94)附錄C12的規定,礦粉用量建議不宜過小,我們選定為瀝青用量的1.8～2.0倍。(根據以往的工程實踐,如果使用了回收粉,車轍試驗的動穩定度和馬歇爾穩定度都將降低,因此,施工過程中我們不考慮使用回收礦粉)。

3 目標配合比的確定

3.1 級配選擇。合理的級配是良好混合料的必要條件。根據設計及規范要求,SMA-16屬于公稱最大粒徑等于或大于13.2mm的混合料,以4.75mm作為粗集料骨架的分界篩孔,在工程設計級配范圍內,調整各種礦料比例設計3組不同粗細的初試級配,3組級配的粗集料骨架分界篩孔的通過率處于級配范圍的中值、中值+3附近,礦粉比例均為10%左右。

級配一 9.5-16mm:4.75-9.5mm:石屑:礦粉=58:24.5:7.5:10

級配二 9.5-16mm:4.75-9.5mm:石屑:礦粉=58:20:12:10

級配三 9.5-16mm:4.75-9.5mm:石屑:礦粉=58:16.5:15.5:10

SMA配合比設計的關鍵控制點為4.75(公稱粒徑等于或小于9.5mm的SMA混合料,以2.36作為粗集料骨架的分界篩孔)與0.075,在優先考慮這兩個控制點的基礎上再兼顧其他控制點,并參照各種原材料的實際產量比適當調整,避免某種材料的大量剩余或某種材料的嚴重不足,當然在實際中肯定存在某種材料不足或某種材料剩余的情況。所有理論上的級配走向與關鍵點的控制都是建立在經驗上的,最終的配合比確定必須由馬歇爾試驗指標值和路面現場檢測結果確定,其各項指標必須滿足要求。

3.2 馬歇爾試驗。根據JTJ052-2000瀝青混合料試驗方法,對初步確定的混合料級配進行馬歇爾試驗。混合料配合比設計中瀝青混合料理論密度的測試必須準確,我們采用真空最大理論密度儀測試混合料的理論密度,其結果比計算法要直接準確。

4 生產配合比及調試

4.1 生產級配的確定。根據目標配合比所確定的各種材料比例,進行了礦料干拌,進行生產配合比試驗。綜合考慮SMA的集配特點,確定拌和樓熱篩網為:3mm、9mm、13mm、22mm,從二次篩分后各熱料倉中取料進行了篩分試驗,對各熱料倉材料重量比例進行了統計分析,根據各熱料倉材料及粉料的篩分結果,目標配合比設計以及各料倉材料重量統計分析結果,進行生產配合比材料組成設計。

4.2 生產用油量的確定及生產配合比驗證試驗

4.2.1 生產用油量的確定。取目標配合比設計的最佳油石比OAC和OAC+0.3等油石比,以生產配合比確定的礦料比拌制混合料,進行馬歇爾指標試驗,各項指標均滿足項目要求,最終選定生產配合比油石比為6.10%。

4.2.2 生產配合比驗證試驗。生產配合比最終選定后我們及時將相關材料送至湖南省交通科學研究院進行相關檢測,根據所確定的生產配合比級配、油石比,進行馬歇爾的驗證試驗、高溫穩定性試驗。經檢測驗證,生產配合比瀝青混合料的各項指標均能較好地滿足要求,且具有良好的馬歇爾體積指標、高溫穩定性和水穩定性,可用于本項目SMA路面施工。

4.2.3 試驗路驗證。根據所得到的室內試驗結果,瀝青拌和樓嚴格按照其配合比和相應的溫度要求進行混合料的拌制,及時進行試驗路的鋪筑。 鋪筑試驗路段的目的主要是確定下列技術數據及施工方式:①確定拌和溫度、拌和時間,驗證礦料級配和瀝青用量;②驗證生產配合比的正確性;③驗證主要生產工藝的可行性:a、確定攤鋪溫度,攤鋪速度;b、確定各階段碾壓溫度、壓路機的類型、碾壓程序、碾壓方法、碾壓工藝及碾壓遍數;c、確定纖維穩定劑加入的方式及加入時間;④確定試驗室對瀝青拌和樓監控的方式;⑤確定松鋪系數。

試驗路鋪筑完成后通過現場檢測結果表明,按該配合比鋪筑的路面構造深度,滲水系數,現場空隙率等指標均能很好的滿足要求,其結果與室內設計吻合,可以指導邵永高速公路SMA-16路面上面層的大面積施工。

結束語:

如上所述,若想使攤鋪出來的瀝青砼路面能最大限度的達到設計要求,不僅僅與施工過程的質量控制情況有關,其中最為根本的,還是離不開有一套成功的配合比設計。我們都知道,不同的結構層及不同的混合料類型有著不同的空隙率控制關鍵點,因為這一點它是建立在具體的氣候特點、具體的材料之上的,需要不斷地更新,不斷地總結(施工前、中、后)。只有對這一點有了比較明確的認識之后,才能對整個設計過程有一個明確的思路方向,才能有計劃、有目的的指導工程施工。目標配合比是所有設計的基礎,良好的生產配合比應該向目標配合比靠近,生產配合比及其各項試驗指標是后期瀝青混泥土路面施工質量控制的基礎和依據,要確保各項指標滿足相關規定,并綜合考慮冷、熱料倉供料均衡(根據級配類型合理確定熱倉篩),使生產得以順利進行。配合比的設計與混合料的生產需要在實踐中不斷的發現問題解決問題,及時收集資料并不斷積累經驗,以提高SMA瀝青路面的施工技術水平及進一步全面推廣。

參考文獻

[1]《公路瀝青路面施工技術規范》JTG F40-2004.人民交通出版社,2004.

[2]《改性瀝青與SMA路面》.人民交通出版社,1999.